レーザー光の時間コントラスト劣化の解明と超高コントラストレーザー発振手法への適用

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H03911
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 桐山 博光 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員(定常) (40354972)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 高強度レーザー / 時間コントラスト / 回折格子 / 背景光 / パルス拡張期・圧縮器

研究実績の概要

レーザー光の時間コントラスト劣化の解明に向けて、計算コードを用いてその評価を行った。位相の揃った広帯域スペクトルを有するレーザー光が、表面精度が完全な平面でない回折格子で回折すると、波長ごとに本来想定される光路長に対して誤差（SRPN）が生じる。このSRPNによりps領域の背景光が生成されうることを確認した。
SRPNによりps領域の背景光が生成されうることを確認するため、凸凹が大きい場合（P-V値で100nm以上）と、出来るだけ凸凹が無い場合（P-V値で10nmオーダー）の２種類の回折格子を準備した。
凸凹が大きい回折格子を用いた場合を評価するために、凸凹が出来るだけない回折格子の裏面を複数（数十個）の機械的なアクチュエータで押すことで凸凹を与えることができるホルダーを試作した。
パルス拡張器（申請）の設計に準じて、各波長成分が試作した回折格子のどの部分で回折されるか、つまりどの程度SRPNを受けるかを調べた。本パルス拡張器は、オフナータイプで、必要なパルス幅を得るために2パス構成としている。2パス目と3パス目では回折格子上で波長分解されるので、各波長は回折格子の表面精度に準じてSRPNを受けることになる。ps背景光の形状や強度は、レーザー光の持つスペクトルの形状、及びSRPNの大きさに依存するため、その相関を詳細に調べた。
3次の自己相関（基本波と第二高調波の相関による第三高調波）を用いたクロスコリレータを使用し回折格子の表面精度を変えて背景光の計測を行った。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

レーザー光の時間コントラスト劣化の解明に向けて、今年度予定していた回折格子の表面精度の設計・計測、及び予想される背景光の評価を行うことができた。背景光の評価において、スペクトル形状の変化による背景光の変化の実験的な確認においては、多少の遅れが生じているが、ほぼ計画通りに進んでいると言える。

今後の研究の推進方策

当初の計画通り、平成29年度上半期においては、パルス圧縮器に用いる回折格子の表面精度の設計と、その実際の表面精度の計測を行う。計測結果を基に、予想される背景光の評価を行う。パルス圧縮器の試作を行い、実験的に背景光を計測する。理論と実験の両面から評価し、背景光生成のプロセスを理解・解明し、最適なパルス圧縮器を完成させる。

研究成果

• [雑誌論文] Towards a novel laser-driven method of exotic nuclei extraction-acceleration for fundamental physics and technology (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiuchi, H. Sakaki, T. Zh. Esirkepov, K. Nishio, T. A. Pikuz, A. Ya. Faenov, I. Yu. Skobelev, R. Orlandi, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, K. Ogura, M. Kanasaki, H. Kiriyama, Y. Fukuda, H. Koura, M. Kando, T. Yamauchi, Y. Watanabe, S. V. Bulanov, K. Kondo, K. Imai and S. Nagamiy
  • 雑誌名: Plasma Physics Reports 巻: 42 ページ: 327-337
  • DOI: 10.1134/S1063780X1604005X
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Relativistically strong electromagnetic radiation in a plasma (2016)
  • 著者名/発表者名: S. V. Bulanov, T. Zh. Esirkepov, M. Kando, H. Kiriyama, and K. Kond
  • 雑誌名: Journal of Experimental and Theoretical Physics 巻: 122 ページ: 426-433
  • DOI: 10.1134/S1063776116030146
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Simple synchronization technique of a mode-locked laser for Laser-Compton scattering γ ray source (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Mori, A. Kosuge, H. Kiriyama, R. Hajima, and K. Kondo
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 87 ページ: 063307
  • DOI: 10.1063/1.4954733
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] On some theoretical problems of laser wake-field accelerators (2016)
  • 著者名/発表者名: S. V. Bulanov, T. Zh. Esirkepov, Y. Hayashi, H. Kiriyama, J. K. Koga, H. Kotaki, M. Mori, and M. Kando
  • 雑誌名: Journal of Plasma Physics 巻: 82 ページ: 905820308
  • DOI: 10.1017/S0022377816000623
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-dynamic-range cross-correlator for shot-to-shot measurement of temporal contrast (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Kon, M. Nishiuchi, H. Kiriyama, K. Ogura, M. Mori, H. Sakaki, M. Kando, and K. Kondo
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 56 ページ: 01270-1-01270-6
  • DOI: 10.7567/JJAP.56.012701
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 超高強度レーザーの最近の進展 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桐山博光
  • 学会等名: 第31回固体飛跡検出器研究会
  • 発表場所: 量研機構 関西光科学研究所（京都府木津川市）
  • 年月日: 2017-03-10 – 2017-03-10
  • 招待講演
• [学会発表] Influence of random spectral phase noise on the temporal contrast on the temporal contrast of an ultra-high intensity laser pulse (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Kiriyama, Y. Mashiba, and Y. Miyasaka
  • 学会等名: SPIE Photonics West 2017
  • 発表場所: The Moscone Center, San Francisco, California, USA
  • 年月日: 2017-01-31 – 2017-01-31
  • 国際学会
• [学会発表] “Ultra-high intensity “J-KAREN-P” laser development at QST (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Kiriyama, A. S. Pirozhkov, M. Nishiuchi, H. Sakaki, N. Dover, A Sagisaka, K. Kondo, K. Nishitani, Y. Fukuda, K. Ogura, M. Kanasaki, M. Mori, M. Kishimoto, A. Kon, J. Koga, Y. Miyasaka, T. Zh. Esirkepov, Y. Hayashi, H. Kotaki, K. Huang, N. Nakanii, S. V. Bulanov, M. Kando, and K. Kondo
  • 学会等名: SPIE Photonics West 2017
  • 発表場所: The Moscone Center, San Francisco, California, USA
  • 年月日: 2017-01-31 – 2017-01-31
  • 国際学会
• [学会発表] J-KAREN-Pレーザーファシリティー (2017)
  • 著者名/発表者名: 桐山博光、ピロジコフ・アレクサンダー、西内満美子、岸本 牧、今 亮、榊 泰直、ニコラス・ドーバー、西谷勁太、小倉浩一、福田祐二、森 道昭、匂坂明人、近藤康太郎、コーガ・ジェームス、ティムール・エシュレケポフ、林由紀雄、小瀧秀行、宮坂泰弘、ホァン・カイ、中新信彦、セルゲイ・ブラノフ、神門正城、近藤公伯
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第37回年次大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島県徳島市）
  • 年月日: 2017-01-09 – 2017-01-09
• [学会発表] J-KAREN-Pレーザーによる未踏の超高強度場への挑戦 (2016)
  • 著者名/発表者名: 桐山博光
  • 学会等名: 光・量子ビーム合同シンポジウム2016
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2016-11-26 – 2016-11-26
  • 招待講演
• [学会発表] The J-KAREN-P Laser Facility at QST (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Kiriyama, A. S. Pirozhkov, M. Nishiuchi, M. Kishimoto, A. Kon, H. Sakaki, N. Dover, K. Nishitani, K. Ogura, M. Kanasaki, Y. Fukuda, M. Mori, A Sagisaka, K. Kondo, J. Koga, T. Zh. Esirkepov, Y. Hayashi, H. Kotaki, Y. Miyasaka, K. Huang, N. Nakanii, S. V. Bulanov, M. Kando and K. Kondo
  • 学会等名: 7th conferenece of the international committee on ultrahigh intensity lasers (ICUIL 2016)
  • 発表場所: Fairmont Le Chateau Montebello, Quebec, Canada
  • 年月日: 2016-09-12 – 2016-09-12
  • 国際学会
• [学会発表] The Current Status of the J-KAREN Laser Upgrade (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Kiriyama, M. Kando, A. S. Pirozhkov, M. Kishimoto, A. Kon, M. Nishiuchi, H. Sakaki, K. Ogura, M. Kanasaki, H. Tanaka, Y. Fukuda, M. Mori, Y. Mashiba, M. R. Asakawa, A. Sagisaka, J. Koga, T. Zh. Esirekepov, Y. Hayashi, H. Kotaki, Y. Miyasaka, K. Sekiguchi, S. V. Bulanov and K. Kondo
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2016)
  • 発表場所: San Jose convention center, San Jose, USA
  • 年月日: 2016-06-06 – 2016-06-06
  • 国際学会
• [学会発表] Recent progress of J-KAREN-P laser facility at QST (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Kiriyama, M. Kando, A. S. Pirozhkov, M. Nishiuchi, M. Kishimoto, A. Kon, H. Sakaki, Ko. Ogura, M. Kanasaki, Y. Fukuda, M. Mori, A. Sagisaka, J. Koga, T. Zh. Esirkepov, Y. Hayashi, H. Kotaki, Y. Miyasaka, S. V. Bulanov and K. Kondo
  • 学会等名: APLS 2016, The 10th Asia-Pacific Laser Symposium, Jointly organized with the 15th Advanced Lasers and Their Applications
  • 発表場所: Seogwipo KAL Hotel, Jeju Island, Korea
  • 年月日: 2016-05-11 – 2016-05-11
  • 国際学会 / 招待講演